论高层建筑设计存在的问题及解决方法.doc

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1、论高层建筑设计存在的问题及解决方法 摘要：随着经济的发展，我国的建筑数量增多，尤其是近些年高层建筑已经成为建筑的发展趋势，然而高层建筑设计要求水平也越来越高。但是在高层建筑设计中，也存在一定的问题。本文依次阐述了高层建筑设计中所出现的特点、结构体系，并提出了设计中问题的解决办法。关键词：高层建筑；解决；设计1 高层建筑设计的概况高层建筑一般由这么三个部分构成：裙房、主体和顶部，不同的是有些建筑还会在设计中加入了一些活跃元，使的整栋建筑的造型看上去明显的生动活跃起来。对于一个城市来说，高层建筑设计总有其独特的代表性和象征意义，这些建筑往往是反应了一个城市的经济水平和发展程度，所以我们看到高层建筑

2、的塔楼部分变化不大，然而在底层还是能够作一些巧妙的改动、处理，来丰富空间形式。这时显得尤为重要的就是合理造型的选择。高层建筑作为城市的有机组成部分，因为体量巨大，高度问题，自然成为一个城市的重要景点，并产生重大影响。如今我国钢筋混凝土高层建筑迅猛发展，科技不断提升，但高层建筑也存在着一些设计问题，从基本的框架到高层的叠加，一些细节都还存在着一些问题，这些问题容易导致我们在建筑中出现一些风险问题。2 高层建筑结构设计2.1 决定因素之水平荷载问题。一方面来说,楼房自重和楼面使用荷载会在竖构件中造成轴力和弯矩的数值,仅与楼房高成一次方成正比;而水平荷载对结构所出的倾覆力矩,以及连续产生的在竖构件中

3、出现的轴力,则会跟楼房高度的两次方成正比;另外,对达到一定高度楼房来说,竖向荷载一般都是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震,它们的数值却是随结构动力特性的不同而出现幅度的变化。2.2 不容轻视的轴向变形。一直以来在高层建筑中,竖向荷载数值都比较大。能够在柱中造成较大的轴向变形,进而会对连续梁弯矩产生一定影响,使得连续梁中间支座处的负弯矩值降低, 跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增加;还会对预制构件的下料长度造成影响,得根据轴向变形计算值,从而对下料长度做出调整;还会出现的是对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,我们就能得出偏于不安全的结果。2.3 侧移作为控制指标。跟一些低矮楼房不同的

4、是结构侧移逐渐成为高楼结构设计中的关键因子。随着楼房高度的增加,造成水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,如此结构在水平荷载作用下的侧移就需要被控制在某一限度之内。2.4 重要设计指标是结构延性。与较低楼房相对比来说,高楼结构更加柔和一些,会在地震作用下的变形更剧烈。为了使结构在进入塑性变形阶段后还能有强悍的变形能力,减少倒塌的机会,那么就需要在构造上做一些恰当的措施, 从而来保证结构会具备足够的延展性。3 高层房屋的结构体系3.1 框架结构。组成框架的是横梁和柱通过结点。框架中的横梁或柱,要在能够承受住垂直荷载的同时也承受水平荷载。然而在一些多层或高层房屋中,往往是按照房屋的平面布置及垂直的高度

5、空间,也有的是单跨多层框架,但是占大多数的还是多层多跨框架;框架的方式可以是等跨的或不等跨的。层高自然也能是相同的,或者不相同的;个别特色还有错层的。那么随着房屋层数的增多和总高度的上升,水平力对结构构件的截面尺寸和配筋量的控制作用自然也就愈大,这在框架结构中就显得尤为突出,所以我们可以看到在非地震区,框架结构最多会被用到 15 层左右，一般情况下应控制在 10 层上下。3.2 剪力墙结构。剪力墙结构房屋的概念指的是将房屋的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土结构,因为这样，它既可以承受垂直荷载、也能抵挡住水平力。因为剪力墙一直是一整片高大的墙体、侧面又有刚性楼盖的协助支撑,所以会在其身平面内出现一

6、个很大的侧向刚度,这不仅属于刚性结构,也自然能承受较大的水平荷载。在水平荷载作用下,剪力墙呈现为一个底部固定、顶端自由的竖向悬臂梁,而其多是会因墙肢的拉、压而产生“弯曲型”变形。剪力墙结构房屋会被实体的剪力墙切割成各个单独的空间,那么自然建筑布置和使用都受到一定的限制,故这个形式的房屋的使用范围多是仅需小开间的住宅、公寓、旅馆等居住性建筑，鲜少被工业建筑所采用。在高层建筑中,我们会采用框架剪力墙体系, 使用剪力墙体系的好处是可以使建筑平面布置灵活生动,达到所要求的结构在强度上和抗侧移刚度方面的各种要求,所以如今框架剪力墙体系被广泛应用在高层建筑中。3.3 筒体结构。单筒体结构是一项利用空间受力

7、体系的筒体结构来对水平荷载进行抵抗,建筑平面上的电梯间、楼梯间或管道井等组成的核心筒来会被用来抵抗水平荷载,建筑物四周的外墙被作为外筒以形成抵抗水平荷载的结构。层数较多的高层建筑多会广泛使用筒体体系。使用筒体体系的建筑,其平面一般是正规的正方形或者类似正方形。4 高层建筑结构嵌固端的选取必须在进行结构分析计算之前就完成,高层建筑结构首先必须要确定的是结构嵌固端的位置,而嵌固端的选取却会出现不同的情况。按照各种不同情况正确选取其结构嵌固端,这在高层建筑结构计算模式中是一项重要假定,它在关系到结构中某些构件内力分配的准确程度的同时还影响结构会否产生侧移的真实性,还有结构局部的经济性。高层建筑结构的

8、嵌固端大多数是选择在0.000 米标高处, 然而0.000 米标高处要想真正的成为结构嵌固端必须得是具备一定条件,或者我们可以这么说，应该人为的创造条件。4.1地下室的区别4.1.1 设多层地下室。一座高层建筑要是想设有多层地下室就最好把嵌固端放在地下室顶板位置, 但是有一个前提，就是要满足或创造以下条件:a.地下室顶板标高与室外地坪的高差距要不是很大,在出现极端的情况时如半地下室则首层楼面一般不能成为结构嵌固端,只有在其高差仅为1- 3 级台阶高度时才可能着手设计;b.地下室顶板结构得是梁板体系,同时该层楼面不得出现大孔洞,楼面框架梁的抗弯刚度则要恰好的大,楼板的厚度也要足够;c.地下室还必

9、须要有的是良好的侧限,地下室结构的楼层侧向刚度应做到不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。d.地下室楼板厚度不可以小于180mm,混凝土强度等级则不能低于C30,在应采用双层双向配筋的情况,还要确保每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。e.地下一层的抗震等级则要按照上部结构采用,地下一层以下结构的抗震等级可以按照具体情况使用三级或四级, 地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积出来要满足计算要求的同时,还不应少于地上一层相对应的柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍;地下室中超出上部主楼范围且无上部结构的部分, 其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。在设计9度抗震时,地下室结构的抗震等级要做到不低于二级。4.

10、1.2 只设一层地下室的情况。a.地下室为人防地下室,因其有着板厚较厚,刚度较大的特点,地下室顶板可作为上部结构的嵌固端。b.高层基础是以箱形来作为基础的, 地下室顶板则可作为上部结构的嵌固端。不能满足以上两条的设有一层地下室的高层建筑就需要把嵌固端设在基础顶面标高。4.2 不设地下室时。不设地下室的高层建筑多数是指那些层数有限的小高层,或者一些基础持力层较浅的状况下,但是从抗震角度考虑来说这是不宜推广的。有些结构设计人员也许会认为基础(承台)顶面标高与0.000 米标高有一定距离而不设基础拉梁连结或因其刚度过小, 那么地面标高处就要得设有刚性地面来作为结构嵌固端,首层层高可以再从地面层以下

11、500mm算起,但是这个我们很不提倡。采用刚性地面以下 500mm作为结构的嵌固端,到底它是否能够做到真正意义上的对上部结构产生嵌固作用还有待进一步商榷。5 高层房屋基础选择问题高层建筑的基础部分这是十分重要的组成部分,如果在基础选型上不恰当、导致基础不稳,这势必将会影响上部结构的使用,甚至可能造成上部结构的开裂、倾斜、严重的出现破坏和倒塌;由此,我们必须慎重的来对待基础的选型。在对地基进行基础设计前,都要经过一个充分的调查研究,获得必要和正确的设计资料:如要查清地基土质的好坏、承载能力的大小、土层分布是否均匀、地下水位的高低、会否侵蚀、是否软弱土层、软弱土层厚度和位置、有无暗塘和池塘以及有无

12、溶洞、古井、古墓、垃圾坑等。其次还要明确的是建筑物的使用要求、荷载大小、荷载分布均匀程度、振动设备情况、建筑物地基变形值等情况。多层与高层建筑通常可以使用的基础类型还是比较丰富,几乎能够应用到所有的基础形式。采用十字形基础时所需的基础底面面积如果出现的情况是已接近或超过了房屋的底层面积,那么就需采用片筏基础。6高层建筑中的设计作用高层建筑的分布地段多是城市中商业发达地，而这些地段本身交通荷载就较大，高层建筑更增加了街道的交通压力，所以要尽可能的控制其层数和高度，并且在规划设计中对这些街道进行扩展，提高其通行能力。如今国内外抗震设计的发展趋势，也就是高层建筑结构抗震分析和设计的重头戏，是按照对结

13、构在不同超越概率水平的地震作用下会出现的性能或变形来进行要求设计，结构弹塑性分析如今已势必成为抗震设计的重要组成部分，不过由于结构弹塑性分析的复杂性，在对待计算和如何设定具体要求的问题上，各国的做法也各有千秋，抗震设计一般要求建筑在平、立面布置上下工夫。宜规正、对称，建筑的质量和刚度分布也要均匀，要充分考虑会出现的不利影响。不过有的平面设计往往出现严重的不对称：出现一边进深大，一边进深小的状况。高层建筑还会对城市各构成要素造成重大的影响，高层建筑的位置、高度的设置，也要充分地考虑到所设计的城市尺度、传统文化，因一些不当的尺度会对城市带来不良的影响，更换了城市传统的历史文化，也就打破了原来城市各

14、构成要素之间有机协调的关系组成。7 结论高层建筑如今走过百年历史,在其诞生之日起就成为城市的焦点, 不断的在其形式和风格上发展变化革新,我国的高层建筑相对发达国家来说虽然起步较晚,仍然取得了很大的成就,像北京、上海、深圳等城市的高层建筑发展进程可以说代表了中国高层建筑的现代史, 如今还在不断的完善发展。设计高层建筑中要能够充分地把握各种尺度，掌握人的尺度，满足人的使用、观赏的舒适要求，创造出和谐优美的高层建筑外部造型。这就要求结构设计人员在工作中不断要求自己，突破学习规范，不断追求更为合理的结构计算。参考文献：1陈大昆.住宅的优化设计J.住宅科技，2001，2.2项海帆.高等桥梁结构理论M.北京：人民交通出版社，2001.3陈易.生态危机的对策建筑创作中的 5r 原则J.建筑学报，2001，5.4 张伟山. 高层建筑结构体系的设计探析J. 黑龙江科技信息. 2007(21)